ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2021
Просмотров: 1425
Скачиваний: 9
26
Все виды классических количественных токсикологических иссле-
дований в полной мере используются для определения экотоксичности
ксенобиотиков.
Острая токсичность экополлютантов определяется эксперимен-
тально на нескольких видах, являющихся представителями различных
уровней трофической организации в экосистеме (водоросли, растения,
беспозвоночные, рыбы, птицы, млекопитающие). Агентство по защите
окружающей среды США требует при определении критериев качества
воды, содержащей некий токсикант, определения его токсичности, по
крайней мере, на 8 различных видах пресноводных и морских организ-
мов (16 тестов).
Неоднократно делались попытки ранжировать виды живых су-
ществ по их чувствительности к ксенобиотикам. Однако для различных
токсикантов соотношение чувствительности к ним живых существ раз-
лично. Более того, использование в экотоксикологии «стандартных ви-
дов» представителей определенных уровней экологической организации
для определения экотоксичности ксенобиотиков с научной точки зрения
некорректно, поскольку чувствительность животных, даже близких ви-
дов, порой отличается очень существенно.
Зависимость доза-эффект (эпидемиологический подход).
Спек-
тры проявлений токсического процесса определяются строением токси-
канта. Однако выраженность развивающегося эффекта является функ-
цией количества действующего агента. В качестве вредного агента мо-
гут рассматриваться токсичные вещества, биологические субстанции,
проникающая радиация и другие повреждающие факторы. В качестве
эффектов могут учитываться самые разнообразные признаки. Напри-
мер, летальный исход, выход показателя за пределы биологической
нормы и т.п. Для обозначения количества вещества, действующего на
биологический объект, используют понятие –
доза
(
воздействующая
доза
). Вид повреждающего агента и путь поступления воздействующей
дозы могут быть самыми разнообразными. Воздействующую дозу мож-
но непосредственно измерить при помощи технических средств и выра-
зить в соответствующих единицах (мг/кг, мг/м
3
, грей, кл/кг и т.д.). На-
пример, введение в желудок крысе весом 250 г и кролику весом 2000 г
токсиканта в количестве 500 мг означает, что животным введены дозы,
равные соответственно 2 и 0,25 мг/кг.
Воздействующая доза имеет
нормальное распределение
и характеризуется средним значением и
дисперсией, обусловленной погрешностью ее измерения. Зависимость
«доза-эффект» может быть прослежена на всех уровнях организации
живой материи: от молекулярного до популяционного. При этом в по-
давляющем большинстве случаев будет регистрироваться общая зако-
номерность: с увеличением дозы – увеличивается степень повреждения
системы; в процесс вовлекается все большее число составляющих еѐ
27
элементов. В зависимости от действующей дозы практически всякое
вещество в определенных условиях может оказаться вредным для орга-
низма.
На проявление зависимости «доза-эффект» оказывает существен-
ное влияние внутри- и межвидовая изменчивость организмов. Действи-
тельно, особи, относящиеся к одному и тому же виду, существенно от-
личаются друг от друга по биохимическим, физиологическим, морфоло-
гическим характеристикам. Эти отличия в большинстве случаев обу-
словлены их генетическими особенностями. Еще более выражены, в
силу тех же генетических особенностей, межвидовые различия. В этой
связи дозы конкретного вещества, в которых оно вызывает повреждение
организмов одного и того же и, тем более, разных видов, порой очень
существенно различаются. Следовательно, зависимость «доза-эффект»
отражает свойства не только токсиканта, но и организма, на который он
действует. На практике это означает, что количественную оценку ток-
сичности, основанную на изучении зависимости «доза-эффект», следует
проводить в эксперименте на различных биологических объектах и обя-
зательно прибегать к статистическим методам обработки получаемых
данных.
Не следует путать соотношение «доза-эффект» с зависимостью
«доза-реакция», последняя определяет степень изменения выбранного
показателя по сравнению с нормой. Реакция может измеряться либо в
абсолютных единицах, либо в относительных (проценты).
При установлении какого-либо критического уровня показателя
нормы (контроля) и вычислении частоты его превышения в эксперимен-
тальной выборке зависимость «доза-реакция» превращается в зависи-
мость «доза-эффект» или функцию эффективности по заданному при-
знаку. Функция эффективности состоит из совокупности точек. Каждая
точка формируется по причине существования у тест-объектов индиви-
дуальных особенностей (индивидуальной чувствительности), что в ко-
нечном итоге приводит либо к появлению регистрируемого признака,
либо к его отсутствию при воздействии заданной дозы исследуемого
фактора.
Наиболее распространенный способ определения зависимости «до-
за-эффект» в группе состоит в формировании в этой группе подгрупп.
Животным, входящим в подгруппу, токсикант вводят в одинаковой до-
зе, а в каждой последующей подгруппе доза увеличивается. Формиро-
вание подгрупп должно осуществляться методом случайных выборок. С
увеличением дозы будет увеличиваться часть животных в каждой из
подгрупп, у которых развился оцениваемый эффект. Получаемую при
этом зависимость можно представить в виде кумулятивной кривой час-
тот распределения, где количество животных с положительной реакци-
28
ей на токсикант (часть общего количества животных в подгруппе) явля-
ется функцией дозы (рис. 2).
Рис. 2. Типичная кривая доза-эффект для группы животных,
симметричная относительно средней точки (50% ответ). Основные
значения ответа группы на токсикант сосредоточены вокруг
среднего значения
В большинстве случаев график представляет собой S-образную
кривую log-нормального распределения, симметричную относительно
средней точки. Можно выделить ряд важных характеристик этой кри-
вой, которые целесообразно учитывать при интерпретации получаемых
результатов.
1. Центральная точка кривой (значение 50% ответа) или
средняя
эффективная доза
(
ЕД
50
) представляет собой расчетную статистиче-
скую величину, которая также имеет нормальное распределение и ха-
рактеризуется средним значением и дисперсией. Эффективная доза рас-
считывается по значениям вероятностей эффекта, и ее дисперсия вклю-
чает как погрешность воздействовавшей дозы, так и погрешность эф-
фекта. Эффективная доза в каждой точке функции обозначается опреде-
ленной категорией, соответствующей вероятности эффекта. Если оце-
ниваемый эффект – летальность животных в группе, эта точка обозна-
чается как среднесмертельная доза. Множество эффективных доз собст-
венно и составляют функцию эффективности.
2. Чувствительность большинства животных в популяции близка
среднему значению. Интервал доз, включающий основную часть кривой
вокруг центральной точки, иногда обозначается как «потенция» препа-
рата.
3. Небольшая часть популяции в левой части кривой «доза-эффект»
реагирует на малые дозы токсиканта. Это группа сверхчувствительных
29
или гиперреактивных особей. Другая часть популяции в правой части
кривой реагирует лишь на очень большие дозы токсиканта. Это мало-
чувствительные, гипореактивные или резистентные особи.
4. Наклон кривой «доза-эффект», особенно вблизи среднего значе-
ния, характеризует разброс доз, вызывающих эффект. Эта величина ука-
зывает, как велико будет изменение реакции популяции на действие
токсиканта с изменением действующей дозы. Крутой наклон указывает
на то, что большая часть популяции будет реагировать на токсикант
примерно одинаково в узком диапазоне доз, в то время как пологий на-
клон свидетельствует о существенных различиях в чувствительности
особей к токсиканту.
Форма кривой и еѐ экстремальные точки зависят от целого ряда
внешних и внутренних факторов, таких как состояние механизмов ре-
парации повреждений, обратимость вызываемых эффектов и т.д. Так,
токсический процесс может не развиваться до тех пор, пока не истощат-
ся механизмы защиты организма от действующего токсиканта, не на-
ступит насыщение процессов биохимической детоксикации. Точно так
же насыщение процессов образования токсичных метаболитов из ис-
ходного ксенобиотика может явиться причиной выхода кривой «доза-
эффект» на плато.
Традиционно в токсикологии сложилось естественное убеждение в
том, что при увеличении дозы яда вероятность появления ожидаемого
эффекта должны возрастать, приближаясь к единице. Именно так и про-
является на живых организмах токсическое действие абсолютного
большинства вредных веществ и ядов. По этому поводу еще A. Albert
(1958) заметил (По: С.В. Криштопенко и др., 2001): «Разве кто-нибудь
должен ожидать уменьшения токсического эффекта любой биологиче-
ски активной субстанции по мере того как концентрация повышается?
Тем не менее, на нескольких примерах обнаруживается, где это проис-
ходит». В определенных диапазонах испытания доз зависимость «доза-
эффект» принимает нелинейный вид и совершенно не поддается мате-
матическому анализу при помощи традиционных методов.
По сведениям, приведенным в работе М.Г. Домшлаг (1998), по ре-
зультатам экологических исследований установлена нелинейная (бимо-
дальная, инвертированная, V-образная, включающая отрезки с суперли-
нейностью, сублинейностью и линейностью) зависимость «концентра-
ция (доза) – эффект» при воздействии химических мутагенов, токсич-
ных соединений и низкоинтенсивного облучения (По: С.В. Криштопен-
ко и др., 2001).
Такое явление получило в токсикологии название
«парадоксальной
токсичности»
. Считается, что его происхождение обусловлено одновре-
менной реализацией разных механизмов токсичности и проявлениями за-
щитных реакций организма (например детоксикация вредных веществ). В
30
этом смысле ничего необычного (парадоксального) в токсодинамике таких
агентов нет. В отдельных случаях неизвестны механизмы реализации дан-
ных эффектов. Под самим термином «парадоксальная токсичность» следу-
ет понимать явление уменьшения вероятности проявления регистрируемо-
го признака (эффекта) в экспериментальной выборке тест-объектов при
последовательном увеличении доз вредных агентов.
Термин «парадоксальная токсичность» применяется для характери-
стики токсикантов. В этом случае, если в качестве регистрируемого
признака используются иные показатели, то зависимость «доза-эффект»
определяется общим термином «парадоксальная эффективность».
Парадоксальная функция эффективности является частным случаем
зависимости «доза-эффект». В двумерной системе координат она в каж-
дой точке отражает вероятность появления регистрируемого признака
при воздействии испытанной дозы. На оси абсцисс фиксируются испы-
танные дозы, а на оси ординат – вероятности (частоты) эффектов после
воздействий этих доз. Признак учитывается в альтернативной форме
(1 – есть проявление признака, 0 – нет проявления признака) с исполь-
зованием терминов «частота» и «вероятность» эффекта.
Частота эффекта
– это относительная величина, выраженная в до-
лях единицы или в процентах и найденная экспериментально путем от-
ношения числа тест-объектов, у которых проявился указываемый при-
знак, к общему числу тест-объектов в экспериментальной группе.
Вероятностью эффекта
называется прогнозируемая относительная
величина, вычисленная при помощи статистических методов и также
выраженная в относительных единицах или в процентах. Например, для
перевода значений частот эффектов в величины вероятностей применя-
ется формула Ван-ден-Вердена:
P =
n
+1/
N
+2,
где
n
– число объектов в выбранной группе,
N
– общее число объектов в исследованной выборке животных.
Количественное значение частоты эффекта характеризует вероят-
ность встречаемости в экспериментальной выборке тест-объектов инди-
видуумов с выраженной чувствительностью к заданной дозе исследуе-
мого агента. Именно у этой категории тест-объектов и регистрируются
заданные признаки. При увеличении дозы соотношение чувствительных
тест-объектов уже в новых экспериментальных выборках могут изме-
няться, что и является причиной формирования вида функции эффек-
тивности. При равномерном увеличении числа чувствительных тест-
объектов с возрастанием доз формируется линейная функция эффектив-
ности. В противном случае вид функции эффективности может быть
самым различным, в том числе и убывающим при возрастании доз, то
есть парадоксальном.